NIBS何新建连发Plant Cell、PLOS Genetics

　　

生物通报道：北京生命科学研究所的何新建博士带领的课题组，主要利用模式植物拟南芥为研究材料，运用遗传学研究方法，结合蛋白、生化和分子生物学手段，研究DNA甲基化和组蛋白修饰的分子机理，并研究它们在基因表达调控和生长发育等方面的作用。近期，何新建博士带领的两项重要学术成果，分别发表在国际权威学术期刊《Plant Cell》和《PLOS Genetics》。

何新建研究员2004年获中科院遗传与发育生物学研究所博士学位，先后在美国爱荷华大学、加州大学河滨分校从事博士后研究，2010年至今为北京生命科学研究所研究员，研究方向为DNA甲基化和组蛋白修饰引起的染色质变化对于基因组稳定性、基因表达调控、基因组印记和转基因沉默具有重要作用。研究成果曾经多次发表在PLoS Genet、Plant Cell、Nucleic Acids Res、PNAS、EMBO J、Nature、Cell、Genes Dev等国际学术期刊。相关阅读：NIBS何新建研究组最新文章解析RNA介导DNA甲基化；NIBS何新建《Cell Research》解析基因沉默新机制；NIBS何新建Cell子刊揭示基因沉默新机制。

5月12日，在何新建博士的带领下，来自中国农业大学和北京生命科学研究所的研究人员，在国际权威期刊《PLOS Genetics》发表题为“Two Components of the RNA-Directed DNA Methylation Pathway Associate with MORC6 and Silence Loci Targeted by MORC6 in Arabidopsis”的研究成果。SU(VAR)3-9同系物SUVH9和双链RNA结合蛋白IDN2，被认为是拟南芥中一条RNA指导的DNA甲基化（RdDM）途径的组分。该研究小组之前发现，SUVH9可与MORC6相互作用，但是这种相互作用如何导致转录沉默，仍然还不明确。

在这项研究中，研究人员通过遗传分析（文库制备是使用Illumina的NEBNext Ultra RNA Library Prep Kit，深度测序是在Illumina的Hiseq 2500平台上进行的）表明，SUVH2和SUVH9可以在与MORC6相同的途径中起作用，或者与MORC6或协同作用，调节转录沉默。此外，该研究小组证明，IDN2与MORC6相互作用，并介导一小部分MORC6靶位点的沉默。像SUVH2、SUVH9和IDN2一样，其他RdDM组件——包括Pol IV、Pol V、RDR2和DRM2，也是一部分MORC6靶位点转录沉默所必需的。以前有研究表明，MORC6可通过异染色质凝聚而调节转录沉默。这项研究证明，SWI/SNF核染质重构复合物组件SWI3B、SWI3C和SWI3D，可与MORC6以及SUVH9相互作用，然后调节转录沉默。这些结果表明，RdDM组件不仅参与DNA甲基化，而且参与MORC6介导的异染色质凝聚。这项研究说明了DNA甲基化如何与异染色质凝聚连接，从而增强甲基化基因组区域的转录沉默。

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4月25日，何新建博士带领的研究小组还在国际权威植物学期刊《Plant Cell》发表了另一项研究成果，题为“The SUMO E3 ligase-like proteins PIAL1 and PIAL2 interact with MOM1 and form a novel complex required for transcriptional silencing”，该研究报道了泛素连接酶类似蛋白PIAL1和PIAL2参与基因转录沉默，并阐明了其作用机制。

植物基因组上的转座子元件和其它重复DNA序列以及外源转基因，是DNA甲基化的重要靶点。DNA甲基化介导这些位点的转录沉默，有助于维持基因组的稳定性。目前，对于植物基因组DNA甲基化建立和维持的机制，我们已经有了较深入的理解，但是对于DNA甲基化介导转录沉默的机制却知之甚少。模式植物拟南芥中的MOM1是一个参与基因转录沉默的重要组分，在MOM1的突变体中，基因的转录沉默状态受到影响，但是DNA甲基化和组蛋白修饰的水平并未发生明显改变。过去十多年来，虽然有很多MOM1的相关研究，但是对其调控转录沉默的基本机制并不清楚。

何新建实验室通过新的遗传筛选系统，筛选参与转录沉默的基因，发现了一个编码E3泛素连接酶类似蛋白的基因PIAL2，该基因参与转基因以及很多转座元件和其它DNA重复序列的转录沉默。进一步研究发现，PIAL2和PIAL1蛋白序列高度同源，以功能部分冗余的方式参与转录沉默。通过免疫亲和纯化结合质谱检测，并运用免疫共沉淀实验进行验证，发现PIAL1和PIAL2之间相互作用并且都能够结合MOM1。通过凝胶过滤层析，发现PIAL1、PIAL2和MOM1在体内相互作用形成一个稳定的大分子蛋白复合体，其中PIAL2或MOM1的缺失都会影响该蛋白复合体形成。通过对PIAL2蛋白进行进一步研究发现，其负责E3泛素连接酶活性的保守的RING结构域和SIM结构域的突变并不影响该蛋白在转录沉默方面的功能，而RING结构域的N端的一个未知功能的区域负责直接结合MOM1。 MOM1蛋白能够在体内形成二聚体，负责二聚体形成的重要结构域CMM2同时也是结合PIAL1和PIAL2所必需的。该研究表明PIAL1和PIAL2这两个E3泛素连接酶类似蛋白通过结合MOM1形成稳定的大分子蛋白复合体，该复合体在介导异染色质转录沉默方面发挥重要作用。

（生物通：王英）

生物通推荐原文：
Two Components of the RNA-Directed DNA Methylation Pathway Associate with MORC6 and Silence Loci Targeted by MORC6 in Arabidopsis. PLoS Genet. 2016 May 12;12(5):e1006026. doi: 10.1371/journal.pgen.1006026. eCollection 2016 May.

The SUMO E3 ligase-like proteins PIAL1 and PIAL2 interact with MOM1 and form a novel complex required for transcriptional silencing. Plant Cell. 2016 Apr 25. pii: tpc.00997.2015.